DE3040556A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT WITH AN INVERTER FOR SUPPLYING AN AC POWER CONSUMER WITH AN ALTERNATING VOLTAGE, ESPECIALLY A SINE-SHAPED AC VOLTAGE - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT WITH AN INVERTER FOR SUPPLYING AN AC POWER CONSUMER WITH AN ALTERNATING VOLTAGE, ESPECIALLY A SINE-SHAPED AC VOLTAGEInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPASIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our symbols Berlin and Munich VPA
80 P δ 2 0 0 DE80 P δ 2 0 0 DE
Schaltungsanordnung mit einem Wechselrichter zur Speisung eines Wechselstromverbrauchers mit einer alternierenden Spannung, insbesondere einer sinusförmigen Wechs el spannung; Circuit arrangement with an inverter for supplying an alternating current consumer with an alternating voltage, in particular a sinusoidal alternating voltage ;
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.The invention relates to a circuit arrangement of the im Generic term of claim 1 described type.
Das Einsatzgebiet für Wechselrichter ist allgemein bekannt: Sie dienen zur Erzeugung alternierender Spannungen, insbesondere sinusförmiger Wechselspannungen aus einer Gleichspannung (Batterie). Mit ihrer Hilfe können Verbraucher, die entweder ausschließlich mit Wechselspannung betrieben werden können, z.B. Motoren, oder deren serienmäßige Auslegung für Wechselstrombetrieb nicht geändert werden kann oder soll, bei Netzausfall oder in Einsatzfällen, bei denen ein Netzanschluß nicht zur Ver-. fügung steht, aus einer Batterie gespeist werden.The area of application for inverters is well known: They are used to generate alternating voltages, in particular sinusoidal alternating voltages a DC voltage (battery). With their help you can Consumers that can either be operated exclusively with AC voltage, e.g. motors, or their Standard design for AC operation cannot or should not be changed in the event of a power failure or in Applications in which a network connection is not available. fate is to be fed from a battery.
Der derzeitige Stand der Technik von Wechselrichtern sehr hohen Wirkungsgrades ist beispielsweise in der Zeitschrift "ERICSSON Review» Nr. 1, 1979 S. 34 ff sowie in der Zeitschrift "Electronics", August 2,1979, S. 119 und Dezember 6, 1979, Seite 69 und 70 ausführlieh beschrieben. Diese bekannten Wechselrichter ent- . halten einen sogenannten Umrichter, der als Sperrwandler oder als Ein- oder Gegentaktdurchflußwandler ausgebildet ist, mit einer im Vergleich zur Frequenz der gewünschten alternierenden Spannung wesentlich höheren Frequenz schwingt und durch ein der gewünschten alter-The current state of the art of inverters very high efficiency is for example in the journal "ERICSSON Review" No. 1, 1979 p. 34 ff as well in the journal "Electronics", August 2,1979, p. 119 and December 6, 1979, pages 69 and 70 detailed described. These known inverters develop. hold a so-called converter, which acts as a flyback converter or is designed as a single or push-pull flow converter, with a compared to the frequency of the desired alternating voltage oscillates at a much higher frequency and by one of the desired age
Wf 1 Gru / 13.10.1980Wf 1 group / October 13, 1980
BQ P 6 2 Π π QFBQ P 6 2 Π π QF
nierenden Spannung entsprechendes aus einem Referenzoszillator abgeleitetes Modulationssignal, insbesondere in Pulsbreitenmodulation, modulierbar ist. In die Verbindung zwischen dem Umrichter und dem Wechseletrom-verbraucher sind im allgemeinen steuerbare stromrichtungsabhängige Schaltelemente (z.B. Thyristoren) eingefügt, durch deren alternative Ansteuerung die gewünschte alternierende Spannung aus aufeinanderfolgenden Halbwellen zusammensetzbar ist.corresponding voltage from a reference oscillator derived modulation signal, in particular in pulse width modulation, can be modulated. In the connection between the converter and the alternating electricity consumer are generally controllable depending on the current direction Switching elements (e.g. thyristors) inserted, through their alternative control the desired alternating Voltage can be composed of successive half-waves.
Schaltungsanordnungen der vorangehend, beschriebenen Art können wegen der erwälmten stromrichtungsabhängigen Schaltelement© Energie ausschließlich in einer Richtung übertragen, Falls der zu speisende W-sehselstromverbraueher eine komplexe Last darstellt, ergeben sich Verzerrungen der alternierenden Spannung, die von der in Reaktanzanteilen des Lastwiderstandes periodisch gespeicherten Energie herrühren. Bekanntlich muß die in den nichtohmschen Komponenten eines Lastwiderstandes periodisch gespeicherte Energie periodisch wieder abgebaut, d.h. entweder vernichtet, zur Quelle zurückgeführt oder anderweitig verwendet werden. Die gespeicherte Energie bewirkt, daß die Ausgangsspannung über den Sollwert der gewünschten alternierenden Spannung hinaus ansteigt. In induktiven Blindwiderständen gespeicherte magnetische Energie verursacht einen Spannungsüberschiiß während der ansteigenden Flanke des Sollwertes, während in kapazitiven Widerstandsanteilen gespeicherte elektrische Energie einen Spannungsüberschuß während der fallenden Flanke des Sollwertes verursacht. Letzteres betrifft insbesondere auch die Siebkondensatoren des Wechselrichters. Circuit arrangements of the type described above can because of the mentioned current direction-dependent Switching element © energy in one direction only transmitted, if the alternating current consumer to be fed represents a complex load, the alternating voltage is distorted by the reactance fractions periodically stored energy originate from the load resistance. As is well known, it must be in the non-ohmic Components of a load resistance periodically stored energy is periodically reduced again, i.e. either destroyed, returned to the source or otherwise used. The stored energy causes that the output voltage rises above the setpoint of the desired alternating voltage. In Magnetic energy stored in inductive reactances causes a voltage excess during the rising edge of the setpoint, while electrical energy stored in capacitive resistance components causes excess voltage during the falling edge of the setpoint. The latter concerns especially the filter capacitors of the inverter.
Es ist bekannt und üblich, konstante kapazitive oder induktive Blindleistung durch entsprechend dimensionierte duale Bauelemente zu kompensieren (Resonanzabstimmung). Eine solche Resonanzabstimmung ist „jedoch nurIt is known and customary to have constant capacitive or inductive reactive power by appropriately dimensioned to compensate for dual components (resonance tuning). Such a resonance vote is “only
80 P 6 2 Q 0 OE80 P 6 2 Q 0 OE
- % - VPA für die Grundwelle der alternierenden Spannung möglich.- % - VPA possible for the fundamental wave of the alternating voltage.
Es ist auffallend, daß bei den in dem oben erwähnten Stand der Technik beschriebenen Wechselrichtern das Problem komplexer Lastwiderstände praktisch nicht angesprochen wird, d.h. es wird dort offensichtlich ohmsche Last vorausgesetzt bzw. eine Erhöhung des Klirrfaktors hingenommen. Die gezielte Lastkompensation durch Resonanzabstimmung hat außer der Tatsache, daß sie nur für die Grundwelle möglich ist, den Nachteil, daß sie nur für einen gegebenen Belastungswert zutrifft, so daß die entsprechenden Geräte nicht universell einsetzbar sind, es sei denn, daß die kompensierenden Elemente stark überdimensioniert sind. Dabei sind der Platzbedarf und das Gewicht der Bauteile von Nachteil.It is conspicuous that the problem with the inverters described in the above-mentioned prior art complex load resistances are practically not addressed, i.e. there is obviously an ohmic load provided or an increase in the distortion factor accepted. Targeted load compensation through resonance tuning apart from the fact that it is only possible for the fundamental wave, it has the disadvantage that it is only possible for a given load value applies, so that the corresponding devices are not universally applicable, it unless the compensating elements are greatly oversized. Here are the space requirements and that Weight of the components is a disadvantage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Gattungsbegriff der im Patentanspruch 1 beschriebenen Art in der Weise weiter zu bilden, daß die gewünschte alternierende Spannung unabhängig von der Belastungsart den gewünschten zeitlichen Verlauf aufweist. Außerdem sollen die in den Speisestromkreis eingefügten steuerbaren stromrichtungsabhän-■ gigen Schaltelemente von den durch die Blindleistung verursachten Spannungsspitzen entlastet werden.The invention is based on the object of a circuit arrangement to further develop the generic term of the type described in claim 1 in such a way that that the desired alternating voltage, regardless of the type of load, the desired time Has course. In addition, the controllable current direction-dependent ■ gigen switching elements are relieved of the voltage peaks caused by the reactive power.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved by a circuit arrangement having the features mentioned in claim 1.
Erfindungsgemäß ist dem Wechselstromverbraucher also ein Hilfsbelastungskreis parallel geschaltet, der bei Abweichungen der an dem Verbraucher auftretenden Ist-Spannung von der gewünschten Soll-Spannung wirksam wird und der den entsprechenden Spannungsüberschuß beseitigt bzw. auf ein Maß reduziert, das einem tolerierbaren Klirrfaktor entspricht.According to the invention, an auxiliary load circuit is connected in parallel to the alternating current consumer Deviations of the actual voltage occurring at the consumer from the desired target voltage becomes effective and which eliminates the corresponding excess voltage or reduces it to a level that is tolerable Distortion factor corresponds.
... * *> fr t ο * ι* α 9 ·... * *> fr t ο * ι * α 9 ·
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* 8OP 6 2 QOOE* 8OP 6 2 QOOE
- * - VPA- * - VPA
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird. Eine dieser Weiterbildungen ermöglicht es, die von dem Hilfsbelastungskreis ausgenommene Energie zu der Speisequelle (Batterie) zurückzuführen. Zu diesem Zweck ist der Hilfsbelastungskreis seinerseits als Teil eines Umrichters ausgebildet, dessen Ausgangsspannung nach Gleichrichtung der Speisequelle zugeführt werden kann.Advantageous refinements and developments of the invention are the subject matter of the subclaims, to which herewith express reference is made to shorten the description. One of these training courses enables the energy excluded from the auxiliary load circuit to the Feed source (battery). For this purpose, the auxiliary burden circle is in turn part of a Inverter designed, the output voltage according to Rectification of the supply source can be supplied.
Das steuerbare Schaltelement, mittels dessen der Hilfsbelastungskreis einschaltbar ist, kann so angeordnet sein, daß es während einer Halbwelle der gewünschten alternierenden Spannung wiederholt zwischen seinem leitenden und seinem nichtleitenden Zustand umgesteuert wird. Diese Umsteuerung kann entweder freischwingend erfolgen, indem im Steuerkreis dieses Schalteleinentes wirksame Zeitglieder die Einschaltzeit begrenzen, sie kann jedoch auch fremdgesteuert sein, wobei die Fremdsteuerung vorzugsweise aus der vergleichsweise hohen Frequenz des eingangs genannten Umrichters abgeleitet \ ist.The controllable switching element, by means of which the auxiliary load circuit Can be switched on, can be arranged so that it is during a half-wave of the desired alternating voltage repeated between its conductive and its non-conductive state is reversed. This reversal can either swing freely take place by limiting the switch-on time in the control circuit of this switching element, they can, however, also be externally controlled, whereby the external control preferably derived from the comparatively high frequency of the converter mentioned at the beginning \ is.
Der Hilfsbelastungskreis ist vorzugsweise über eine Vollweg-Gleichrichterbrücke mit dem eigentlichen Wechselstromverbraucher verbunden. Dies hat den Vorteil,daß der Hilfsbelastungskreis und insbesondere das Schaltelement zu seiner periodischen Einschaltung stroHirichtungsabhängig sein können, da ihnen die beiden Halbwellen der alternierenden Verbraucherspannung infolge der Vollweg-Gleichrichtung stets mit derselben Polarität angeboten werden.The auxiliary load circuit is preferably connected to the actual alternating current consumer via a full-wave rectifier bridge tied together. This has the advantage that the auxiliary load circuit and in particular the switching element current direction-dependent for its periodic activation can be, as the two half-waves of the alternating load voltage due to the full-wave rectification to them always offered with the same polarity.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:In the following the invention is based on the drawings explained in more detail:
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines ersten Ausfüh-Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a first embodiment
■Ρ » * „»·· «ι β It β■ Ρ »*“ »··« ι β It β
* 80 P 62 0ODE* 80 P 62 0ODE
- 5 - VPA- 5 - VPA
rungsbeispieles der Erfindung, bei dem der Hilfsbelastungskreis von der gesteuerten Strecke eines linearen steuerbaren Sehaltelementes, z.B. der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors mit linearer Eingangs-Ausgangscharakteristik gebildet ist,Approximation example of the invention, in which the auxiliary load circuit from the controlled route of a linear controllable safety element, e.g. the Emitter-collector path of a transistor with linear input-output characteristics is,
Fig. 2 zeigt einige Zeitdiagramme zur Verdeutlichung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems und seiner Lösung,2 shows some timing diagrams to illustrate the problem on which the invention is based and its solution,
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Hilfsbelastungskreis einen vorzugsweise ohmschen Widerstand enthält, der durch ein steuerbares Schaltelement mit Schaltercharakteristik während jeder Halbwelle zu kompensierenden Spannung wiederholt ein- und ausschaltbar ist,Fig. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the auxiliary load circuit is preferably one Contains ohmic resistance by a controllable switching element with switch characteristics The voltage to be compensated for can be switched on and off repeatedly during each half-wave is,
Fig. 4 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3»Fig. 4 shows timing diagrams for explaining the embodiment according to Fig. 3 »
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der in dem Hilfsbelastungskreis wirksame Verbraucher Bestandteil eines Umrichters ist, dessen Ausgangsleistung zu der Speisequelle zurückführbar ist,Fig. 5 shows a further embodiment of the invention, where the one in the auxiliary load group effective consumer is part of a converter whose output power to the supply source is traceable
Fig. 6 zeigt ein schematisches Prinzipschaltbild für einen allgemeinen Einsatz der elektronischen Blindlastkompensation gemäß der Erfindung.Fig. 6 shows a schematic block diagram for a general use of the electronic Reactive load compensation according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung besteht aus einem Umrichter Um, der aus einer Gleichspannungsquelle UE ge- ■ speist ist. Der Umrichter Um ist ein sogenannter modulierbarer Umrichter, d.h. seine mit ük bezeichnete an den Klemmen a und b auftretende Ausgangsspannung ändert ihre Amplitude in Abhängigkeit von einem Modulationssignal, das dem mit c bezeichneten Modulationseingang zugeführt wird. Der Umrichter Um enthält einen elektronischen Zerhacker, der mit einer im Vergleich zur Frequenz des Modulationssignals hohen ImpulsfrequenzThe circuit shown in Fig. 1 consists of a converter Um, which is generated from a DC voltage source UE ■ feeds is. The converter Um is a so-called modulatable converter, i.e. its an marked with ük the output voltage occurring at terminals a and b changes its amplitude depending on a modulation signal, which is fed to the modulation input labeled c. The converter Um contains an electronic Chopper with a pulse frequency that is high compared to the frequency of the modulation signal
-Λ ToA εορ6200DE -Λ ToA εορ6200DE
schwingt. Die Modulation ist vorzugsweise eine Pulsbreitenmodulation, d.h. die Breite der Zerhackerimpulse wird nach Maßgabe des Modulationssignals verändert.swings. The modulation is preferably a pulse width modulation, i.e. the width of the chopper pulses is changed in accordance with the modulation signal.
Das Modulationssignal wird von einem Referenzoszillator geliefert, der im vorliegenden Beispiel eine sinusförmige Spannung liefert, deren Frequenz derjenigen der gewünschten Ausgangsspannung entspricht* Der Referenzoszillator ist Bestandteil der symbolisch mit s bezeichneten Quelle. Das Ausgangssignal dieser Quelle ist eine zweiweggleichgerichtete Sinusspannung. Diese Spannung wird dem ersten Eingang eines mit RU bezeichneten Komparators zugeführt. An dem zweiten Eingang dieses Kompsrators RU liegt eine Teilspannung der Ausgangsspannung Uk an, die an einem aus den Widerständen R1 und R2 bestehenden Spannungsteiler gewonnen wird. Dieser Spannungsteiler und der Komparator RU sind Bestandteil eines Regelkreises, durch den die Ausgangsspannung uk des Umrichters Um derart geregelt wird, daß sie der Ausgangsspannung der Quelle s folgt.The modulation signal is supplied by a reference oscillator, which in the present example is sinusoidal Supplies voltage whose frequency corresponds to that of the desired output voltage * The reference oscillator is part of the source symbolically denoted by s. The output of this source is a full-wave rectified sinusoidal voltage. This voltage is applied to the first input of a comparator labeled RU fed. At the second input of this comparator RU is a partial voltage of the output voltage Uk, which is applied to one of the resistors R1 and R2 existing voltage divider is obtained. This voltage divider and the comparator RU are part of one Control circuit through which the output voltage uk of the converter Um is regulated in such a way that it corresponds to the output voltage the source s follows.
Die Ausgangsspannung uk hat dementsprechend ebenfalls den Verlauf einer kommutierten Sinuskurve. Die Ausgangsspannung uk wird durch eine aus zwei Thyristoren S1 und S2 und zwei Transistoren S3 und S4 bestehende Brückenschaltung periodisch derart umgepolt, daß jede zweite Halbwelle kommutiert und somit eine kontinuierliche Sinusschwingung zusammengesetzt wird. Die periodische Ansteuerung der Thyristoren S1 und S2 sowie der Transistören S3 und S4 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe von Steuersignalen, die aus dem erwähnten Referenzoszillator abgeleitet werden.The output voltage uk accordingly also has the shape of a commutated sinusoid. The output voltage uk is formed by a bridge circuit consisting of two thyristors S1 and S2 and two transistors S3 and S4 periodically reversed in polarity in such a way that every second half-wave commutates and thus a continuous sinusoidal oscillation is put together. The periodic control of the thyristors S1 and S2 as well as the transistors S3 and S4 take place in a manner not shown with the aid of control signals obtained from the aforementioned Reference oscillator can be derived.
Der von der Anordnung zu speisende Wechselstromverbraueher sei ein komplexer Lastwiderstand, der aus dem ohmschen Widerstand R, der Induktivität L und der Kapazität C besteht. Die an dem Lastwiderstand auftretendeThe alternating current consumer to be fed by the arrangement be a complex load resistance, which consists of the ohmic resistance R, the inductance L and the capacitance C consists. The one occurring at the load resistance
. y . VPA 80 P 6 2 0 0 DE. y. VPA 80 P 6 2 0 0 DE
Spannung ist mit uA bezeichnet. Die durch die einzelnen Komponenten fließenden Ströme sind mit iR, iL bzw. iC bezeichnet.Voltage is denoted by uA. The currents flowing through the individual components are denoted by iR, iL and iC designated.
Die Schaltung beinhaltet ferner einer aus den die Dioden D1, D2, D3 und D4 bestehende Gleichrichterbrücke, deren Ausgangsspannung mit uv bezeichnet ist. Der Ausgang dieser Gleichrichterbrücke ist mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T belastet. Die Basis dieses Transistors T ist mit dem Ausgang eines weiteren Komparators RK verbundenen- dessen Eingängen die Spannung der Quelle s bzw. ein Teil der Spannung uv anliegen. Letztere wird durch einen aus Widerständen R3 und R4 bestehenden Spannungsteiler gewonnen.The circuit also includes a rectifier bridge consisting of the diodes D1, D2, D3 and D4, whose Output voltage is denoted by uv. The outcome of this The rectifier bridge is loaded with the collector-emitter path of a transistor T. The basis of this The transistor T is connected to the output of a further comparator RK - the inputs of which are the voltage the source s or a part of the voltage uv are present. The latter is made up of resistors R3 and R4 existing voltage divider gained.
Zusätzlich zu der aus den Dioden D1 bis D4 bestehenden Gleichrichterbrücke ist eine Diode D5 vorgesehen, die die Ausgangsklemmen des Umrichters Um unmittelbar mit dem den Transistor T enthaltenden Hilfsbelastungskreis verbindet. Über diese Diode D5 ist auch der in dem Umrichter Um enthaltene Siebkondensator in die Blindlastkompensation einbezogen.In addition to the rectifier bridge consisting of the diodes D1 to D4, a diode D5 is provided which the output terminals of the converter Um directly with the auxiliary load circuit containing the transistor T connects. This diode D5 is also used in the converter To included filter capacitor included in the reactive load compensation.
Im folgenden sei die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Schaltung unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 gezeigten Zeitdiagramme näher erläutert:The function of the circuit shown in FIG. 1 will now be described with reference to that shown in FIG Time diagrams explained in more detail:
An den Ausgangsklemmen a und b des Umrichters Um erscheint eine Ausgangsspannung uK, deren zeitlicher Verlauf infolge der Regelung über den Komparator RU im wesentlichen der "Soll-Spannung" der Quelle s entspricht. In dem Komparator RK wird auch die durch Gleichrichtung aus der Ausgangsspannung uA abgeleitete Spannung uv mit dieser Soll-Spannung verglichen. Der Regelkreis mit dem Komparator RK ist so eingestellt, daß der Transistor T. dann leitend wird und den Blindstrom der kapazitiven oder induktiven Komponenten C bzw. L des Lastwiderstan-An output voltage uK appears at the output terminals a and b of the converter Um, and its course over time as a result of the regulation via the comparator RU essentially corresponds to the "setpoint voltage" of the source s. The voltage uv derived from the output voltage uA by rectification is also included in the comparator RK compared to this target voltage. The control circuit with the comparator RK is set so that the transistor T. then becomes conductive and the reactive current of the capacitive or inductive components C or L of the load resistor
ΛΑΛΑ 30 P 6 2 0 0 DE30 P 6 2 0 0 DE
- 8 - VPA- 8 - VPA
des übernimmt, wenn die Spannung uv die Soll-Spannung überschreitet. Dabei wird der Energieüberschuß in dem Transistor T verbraucht, derart daß die Spannung uv während des betreffenden Bereiches der Halbwelle der SoIl-Spannung folgt. Die Spannung uA an dem Lastwiderstand erhält dadurch die gewünschte Sinusform mit einer durch den Abstand der in Fig. 2a dargestellten Kurven uv und uK gegebenen Verzerrung. Dieser Spannungsabstand ist in den Kurven von Fig. 2 zumbesseren Verständnis vergleichsweise groß dargestellt. In der Praxis ist er jedoch so klein, daß der sich ergebende Klirrfaktor einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Fig. 2b zeigt den Verlauf des Stromes iR und der Spannung uA bei einer rein ohraschsn Belastung. Man sieht, daß beide Kurven gleichphasig verlaufen und keine Verzerrung der Ausgangsspannung uA auftritt. In Fig. 2c sind die entsprechenden Kurven für eine rein induktive Last dargestellt. Bei einer solchen rein induktiven Last ist in der Induktivität L nach jedem Nulldurchgang der Spannung uA eine magnetische Energie gespeichert, deren Wert dem Quadrat des Scheitelwertes des Stromes iL und der halben Induktivität L proportional ist. Diese magnetische Energie führt zu einer Erhöhung der Ausgangsspannung uA bis auf den durch die Spannung uV gegebenen Wert. Beim Nulldurchgang des Stromes iL ist die magnetische Energie restlos verbraucht, so daß -die Ausgangsspannung uA wieder auf den Wert von uK zurückfällt.des takes over when the voltage uv is the target voltage exceeds. The excess energy is consumed in the transistor T, so that the voltage uv during of the relevant area of the half-wave of the target voltage follows. The voltage uA across the load resistor thereby obtains the desired sinusoidal shape with a uv and uv and uK given distortion. This voltage spacing is comparative in the curves of FIG. 2 for better understanding shown large. In practice, however, it is like that small that the resulting harmonic distortion does not exceed a predetermined value. Fig. 2b shows the Course of the current iR and the voltage uA with a purely ohraschsn load. You can see that both curves run in phase and no distortion of the output voltage uA occurs. In Fig. 2c are the corresponding Curves shown for a purely inductive load. With such a purely inductive load there is in the inductance L after each zero crossing of the voltage uA a magnetic energy is stored, the value of which is the square the peak value of the current iL and half the inductance L is proportional. This magnetic energy leads to an increase in the output voltage uA up to the value given by the voltage uV. At the zero crossing of the current iL, the magnetic energy is completely consumed, so that the output voltage uA rises again the value of uK falls back.
Wenn der Lastwiderstand rein kapazitiv ist (Fig. 2d) und die Ausgangsspannung uA ihren Scheitelwert erreicht, ist in dem Lastwiderstand elektrische Energie gespeichert, deren Wert den* Quadrat des Scheitelwertes der Spannung uA und der halben Kapazität C proportional ist. Diese elektrische Energie kann sich - (wie im Fall der induktiven Belastung die magnetische Energie) - nicht über die stromrichtungsabhängigen Schaltelemente S1 bis S4 entladen. Sie versucht daher, die Spannung uA auf demIf the load resistance is purely capacitive (Fig. 2d) and the output voltage uA reaches its peak value, is Electrical energy is stored in the load resistor, the value of which is the square of the peak value of the voltage uA and half the capacitance C is proportional. This electrical energy can - (as in the case of inductive Load the magnetic energy) - not via the current direction-dependent switching elements S1 to S4 unload. She tries therefore, the voltage uA on the
304055ο304055ο
80 P δ 2 0 0 OS - 8Γ - VPA80 P δ 2 0 0 OS - 8Γ - VPA
Scheitelwert zu halten, bis die Regelung durch den Hilfsbelastungskreis wirksam wird (Fig. 2d).To hold the peak value until the regulation by the auxiliary load circuit becomes effective (Fig. 2d).
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der Schaltung gemäß Fig.1 dadurch, daß der Hilfsbelastungskreis nicht ausschließlich von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors gebildet wird sondern einen Widerstand Rv enthält, so daß die überschüssige Leistung nicht ausschließlich in dem Transistor T in Verlustwärme umgesetzt wird. Im übrigen sind die in der Schaltung gemäß Fig. 3 verwendeten Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die gleichen oder gleichwirkenden Teile in Fig. 1.The embodiment of the invention shown in FIG. 3 differs from the circuit according to FIG in that the auxiliary load circle is not exclusive is formed by the collector-emitter path of a transistor but contains a resistor Rv, so that the excess power is not only converted into heat loss in the transistor T. Furthermore the components used in the circuit according to FIG. 3 are provided with the same reference numerals as the same or equivalent parts in FIG. 1.
Der Transistor T in Fig. 3 stellt einen Schalter dar, der eine sehr geringe Verlustleistung besitzt. Dieser Transistor T wird während des Regelvorganges mit einer vergleichsweise hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet. Der zeitliche Verlauf der entsprechenden Spannungen uv und uK sowie des durch den Transistor T fließenden Stromes, der mit iB bezeichnet ist, ist in Fig. 4 dargestellt. The transistor T in FIG. 3 represents a switch which has a very low power loss. This Transistor T is switched on and off at a comparatively high frequency during the control process. The time course of the corresponding voltages uv and uK as well as that flowing through the transistor T. Current, which is denoted by iB, is shown in FIG.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung arbeitet in folgender Weise: Sobald die Spannung uA "zu hoch" wird, wird der Transistor T eingeschaltet. Infolgedessen sinkt die Spannung uA unter den Sollwert und der Transistor T wird wieder ausgeschaltet. Um die Frequenz dieses Ein- und Ausschaltvorganges zu verkleinern und die mit dem Umschalten verbundenen Verluste zu verringern, ist zwischen dem Ausgang des Komparators RK und seinem mit der Spannung uV verbundenen Eingang ein Zeitglied als Rückkopplungszweig eingefügt, das aus einem Widerstand RT und einem Kondensator CT besteht. Dadurch wird die Dauer der einzelnen Schaltzustände auf einen vorbestimmten Wert verlängert und die maximale Schaltfrequenz entsprechend begrenzt.The circuit shown in Fig. 3 operates as follows Way: As soon as the voltage uA is "too high", the transistor T is switched on. As a result, the Voltage uA below the nominal value and the transistor T is switched off again. To determine the frequency of this one and to reduce the switch-off process and to reduce the losses associated with the switchover, is between the output of the comparator RK and its input connected to the voltage uV a timing element as a feedback branch inserted, which consists of a resistor RT and a capacitor CT. This will increase the duration of the individual switching states extended to a predetermined value and the maximum switching frequency accordingly limited.
- *5 - VPA 80 P S 2 O O QE- * 5 - VPA 80 P S 2 O O QE
Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, wird die gewünschte Sinusform durch eine Treppenkurve angenähert. Bei überwiegend induktiver Last ist am Ausgang ein Glättungskondensator erforderlich, der in den Schaltpausen des Transistors T den induktiven Strom aufnehmen kann.As can be seen from FIG. 4, the desired sinusoidal shape is obtained approximated by a stepped curve. If the load is predominantly inductive, there is a smoothing capacitor at the output required, the one in the switching breaks of the transistor T can absorb the inductive current.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die von dem Hilfsbelastungskreis aufgenommene Energie zu der Speisequelle UE zurückgeführt wird. Zu diesem Zweck ist der Lastwiderstand Rv von Fig. 3 durch die Primärwicklung eines Transformators Tr ersetzt. Dieser Transformator Tr ist Bestandteil eines Sperrwandlers, der mit der Ein- und Ausschaltfrequenz des Transistors T schwingt. Die auf die Sekundärseite dieses Transformators Tr übertragene Spannung wird mit Hilfe einer Diode D6 gleichgerichtet und während der Sperrphase in die Quelle UE zurückgespeist. Anstelle des Sperrwandlers können selbstverständlich auch andere Umrichter zur Energierückübertragung verwendet werden.Fig. 5 shows an embodiment of the invention in which the energy absorbed by the auxiliary load circuit is returned to the supply source UE. To this end, the load resistance Rv of Fig. 3 is given by the Primary winding of a transformer Tr replaced. This transformer Tr is part of a flyback converter, which oscillates with the switch-on and switch-off frequency of the transistor T. The ones on the secondary side of this transformer Tr transmitted voltage is rectified with the help of a diode D6 and during the blocking phase in the source UE fed back. Instead of the flyback converter, other converters can of course also be used can be used to transfer energy back.
Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bestand der Wechselrichter zur Speisung des Wechselstromverbrauchers aus einem modulierbaren Gleichstromumrichter, dessen Ausgangsspannung uK durch eine PoI-wenderbrücke zu einer sinusförmigen Spannung zusammengesetzt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Blindlastkompensation ist nicht auf derartige Wechselrichter beschränkt sondern läßt sich bei Wechselrichtern beliebiger Bauart verwenden. Fig. 6 zeigt ein entsprechendes Prinzipschaltbild. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den vorangehenden Figuren. Der verwendete Wechselrichter ist mit Wr bezeichnet. Es handelt sich beispielhaft jedoch nicht notwendigerweise um einen fremdgesteuerten Wechselrichter, d.h. die Frequenz seiner Ausgangsspannung uA ist durch eine Referenzquelle s gegeben. Die Spannung dieser Referenzquelle s wird über einen Über-In the exemplary embodiments described above, the inverter was used to feed the alternating current consumer from a modulatable direct current converter, whose output voltage uK through a PoI-reversing bridge is composed to a sinusoidal voltage. The inventive arrangement for reactive load compensation is not limited to such inverters but can be used with inverters as desired Use type. 6 shows a corresponding basic circuit diagram. Identical or equivalent components are again provided with the same reference numerals as in the preceding figures. The inverter used is denoted by Wr. For example, however, it is not necessarily an externally controlled one Inverter, i.e. the frequency of its output voltage uA is given by a reference source s. the The voltage of this reference source s is
- yi - VPA 80 P δ 2 0 0 DE - yi - VPA 80 P δ 2 0 0 DE
trager Ü abgegriffen und in einem Vollweggleichrichter G gleichgerichtet. Die am Ausgang dieses Gleichrichters G auftretende gleichgerichtete Sinusspannung dient wieder als Sollspannung und liegt an dem entsprechenden Eingang des Komparators RK an. Im übrigen gleicht die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 6 derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung. Selbstverständlich kann der Hilfsbelastungskreis, der im gezeichneten Beispiel wieder aus der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T besteht, in gleicher Weise ausgebildet sein, wie bei den Schaltungen gemäß Fig. 3 oder 5.trager Ü tapped and in a full wave rectifier G rectified. The rectified sinusoidal voltage occurring at the output of this rectifier G is used again as the nominal voltage and is applied to the corresponding input of the comparator RK. Otherwise the same Function of the circuit according to FIG. 6 that of the circuit shown in FIG. Of course you can the auxiliary load circle in the example shown again consists of the collector-emitter path of the transistor T, be designed in the same way as in the circuits according to FIG. 3 or 5.
6 Patentansprüche
6 Figuren6 claims
6 figures
1$$ 1
Leersei teBlank page
Claims (6)
10is conducted and said current-direction-dependent switching elements are controllable switching elements (e.g. thyristors), through the alternative control of which the desired alternating voltage can be composed by reversing the polarity from successive half-waves of the output voltage of the converter, characterized in that the nominal signal fed to the voltage comparator (RK) corresponds to said modulation signal.
10
Tr, D6) ist, dessen Ausgang mit der Gleichspannungsquelle (UE) verbunden ist.that the energy consumer active in the load circuit is part of a DC voltage converter (T,
Tr, D6), the output of which is connected to the DC voltage source (UE).
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